精工機(jī)床主傳動系統(tǒng)是指驅(qū)動主軸運(yùn)動的系統(tǒng),；主軸是精工機(jī)床上帶動刀具和工件旋轉(zhuǎn),，產(chǎn)生切削運(yùn)動的運(yùn)動軸，它往往是精工機(jī)床上單軸功率消耗******的運(yùn)動軸,。與普通機(jī)床一樣,，精工機(jī)床也必須通過變速，才能使主軸獲得不同的轉(zhuǎn)速,，以適應(yīng)不同的加工要求,；在變速的同時，還要求傳遞一定的功率和足夠的轉(zhuǎn)矩,，來滿足切削的需要,。 

2.1 精工機(jī)床主傳動系統(tǒng)要求

作為高度自動化的設(shè)備，精工機(jī)床對主傳動系統(tǒng)的基本要求如下,。 

(1) 為了能達(dá)到******的切削效果,，精工機(jī)床一般都應(yīng)在******的切削條件下工作，因此,，主軸一般都要求能實(shí)現(xiàn)無級變速,。 

(2) 要求機(jī)床主軸系統(tǒng)必須具有足夠高的轉(zhuǎn)速和足夠大的功率，以適應(yīng)高速,、高效的加工需求,。 

(3) 為了降低噪聲、減輕發(fā)熱,、減少振動,，主傳動系統(tǒng)應(yīng)簡化結(jié)構(gòu)，減少傳動件,。

(4) 在加工中心上,，還必須具有安裝刀具和刀具交換所需的自動夾緊裝置，以及主軸定向準(zhǔn)停裝置,，以保證刀具和主軸,、刀庫,、機(jī)械手的正確嚙合。 

(5) 為了擴(kuò)展機(jī)床的功能,，實(shí)現(xiàn)對C軸位置(主軸回轉(zhuǎn)角度)的控制,，主軸還需要安裝位置檢測裝置，以便實(shí)現(xiàn)對主軸位置的控制,。 

2.2 精工機(jī)床的主軸部件

精工機(jī)床的主軸部件是精工機(jī)床的重要組成部分之一,，包括主軸的支承和安裝在主軸上的傳動零件等。它的回轉(zhuǎn)精度可影響工件的加工精度,，它的功率大小與回轉(zhuǎn)速度可影響加工效率,，它的自動變速、準(zhǔn)停和換刀可影響機(jī)床的自動化程度,。因此,，要求主軸部件具有良好的回轉(zhuǎn)精度、結(jié)構(gòu)剛度,、抗振性,、熱穩(wěn)定性及部件的耐磨性和精度的保持性。對于自動換刀的精工機(jī)床,，為了實(shí)現(xiàn)刀具的自動裝卸和夾持,，還必須有刀具的自動夾緊裝置、主軸準(zhǔn)停裝置和切屑清除裝置等結(jié)構(gòu),。 

1. 主軸部件的支承與潤滑

機(jī)床主軸帶動刀具或夾具在支承中作回轉(zhuǎn)運(yùn)動,，應(yīng)能傳遞切削轉(zhuǎn)矩承受切削抗力,，并保證必要的旋轉(zhuǎn)精度,。目前，精工機(jī)床主軸的支承配置形式主要有3種,，如圖1所示,。

 

 

 

圖 1

(1) 前支承采用雙列圓柱滾子軸承和60°角接觸雙列向心推力球軸承組合，后支承采用成對安裝的角接觸球軸承,。這種配置形式使主軸的綜合剛度大幅度提高,，可以滿足強(qiáng)力切削的要求，因此普遍應(yīng)用于各類精工機(jī)床主軸中,。 

(2) 前軸承采用高精度的雙列角接觸球軸承,，后軸承采用單列(或雙列)角接觸球軸承。這種配置具有良好的高速性能,，主軸最高轉(zhuǎn)速可達(dá)4000r/min,，但它承載能力小，因而適用于高速,、輕載和精密的精工機(jī)床主軸,。在加工中心的主軸中,，為了提高承載能力，有時應(yīng)用3～4個角接觸球軸承組合的前支承,，并用隔套實(shí)現(xiàn)預(yù)緊,。 

(3) 前后軸承采用雙列和單列圓錐軸承。這種軸承徑向和軸向剛度高,，能承受重載荷,，尤其能承受較強(qiáng)的動載荷，安裝與調(diào)整性能好,。但這種配置限制了主軸的最高轉(zhuǎn)速和精度,，因此適用于中等精度，低速與重載的精工機(jī)床主軸,。為了盡可能減少主軸部件溫升熱變形對機(jī)床工作精度的影響,，通常利用潤滑油的循環(huán)系統(tǒng)把主軸部件的熱量帶走，使主軸部件與箱體保持恒定的溫度,。在某些精工鏜,、銑床上采用專用的制冷裝置，比較理想的實(shí)現(xiàn)了溫度控制,。近年來,，某些精工機(jī)床的主軸軸承采用高級油脂，用封入方式進(jìn)行潤滑,，每加一次油脂可以使用 7～10年,，簡化了結(jié)構(gòu)，降低了成本且維護(hù)保養(yǎng)簡單,。為了防止?jié)櫥秃陀椭旌?，通常采用迷宮密封方式。

 

2. 主軸準(zhǔn)停裝置

在精工鏜床,、精工銑床和以鏜銑為主的加工中心上,，為了實(shí)現(xiàn)自動換刀，使機(jī)械手準(zhǔn)確地將刀具裝入主軸孔中,，刀具的鍵槽必須與主軸的鍵位在周向?qū)?zhǔn),；在鏜削加工退刀時，要求刀具向刀尖反方向徑向移動一段距離后才能退出,，以免劃傷工件,，這都需要主軸具有周向定位功能；另外,，一些特殊工藝要求情況下,，如在通過前壁小孔鏜內(nèi)壁的同軸大孔，或進(jìn)行反倒角等加工時,，也要求主軸實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)停,，使刀尖停在一個固定的方位上,，以便主軸偏移一定尺寸后，使大切削刃能通過前壁小孔進(jìn)入箱體內(nèi)對大孔進(jìn)行鏜削,，所以在主軸上必須設(shè)有準(zhǔn)停裝置,。

目前，主軸準(zhǔn)停裝置很多,，主要分為機(jī)械式和電氣式兩種,。

傳統(tǒng)的做法是采用機(jī)械擋塊等來定向。圖2為V形槽輪定位盤準(zhǔn)停裝置原理圖,，在主軸上固定一個V形槽輪定位盤,，使V形槽與主軸上的端面鍵保持所需要的相對位置關(guān)系。當(dāng)主軸需要停車換刀時,，發(fā)出降速信號,，主軸轉(zhuǎn)換到最低速運(yùn)轉(zhuǎn)，延時繼電器開始動作,，并延時4s～6s后,，無觸點(diǎn)開關(guān) 1接通電源，當(dāng)主軸轉(zhuǎn)到圖示位置即 V形槽輪定位盤 3上的感應(yīng)塊2與無觸點(diǎn)開關(guān)1相接觸后發(fā)出信號,，使主軸電動機(jī)停轉(zhuǎn),。另一延時繼電器延時0.2s～0.4s后，壓力油進(jìn)入定位液壓缸4下腔,，使定向活塞向左移動,，當(dāng)定向活塞上的定向滾輪 5頂入定位盤的 V形槽內(nèi)時，行程開關(guān) LS2發(fā)出信號,，主軸準(zhǔn)停完成,。若延時繼電器延時1s后行程開關(guān)LS2仍不發(fā)信號，說明準(zhǔn)停沒完成,，需使定向活塞6后退,，重新準(zhǔn)停,。當(dāng)活塞桿向右移到位時,，行程開關(guān)LS1發(fā)出定向滾輪5退出凸輪定位盤凹槽的信號，此時主軸可啟動工作,。機(jī)械式主軸準(zhǔn)停裝置準(zhǔn)確可靠,，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。現(xiàn)代精工機(jī)床一般采用電氣式主軸準(zhǔn)停裝置,，只要精工系統(tǒng)發(fā)出指令信號,，主軸就可以準(zhǔn)確的定向。圖3為JCS—018加工中心主軸電氣準(zhǔn)停裝置原理圖,，在帶動主軸旋轉(zhuǎn)的多楔帶輪1的端面上裝有一個厚墊片4,，墊片4上裝有一個體積很小的永久磁鐵3,，在主軸箱體對應(yīng)主軸準(zhǔn)停的位置上，裝有磁傳感器2,。當(dāng)機(jī)床需要停車換刀時,，精工裝置發(fā)出主軸停轉(zhuǎn)指令，主軸電動機(jī)立即降速,，在主軸以最低轉(zhuǎn)速慢轉(zhuǎn)幾圈,、永久磁鐵3對準(zhǔn)磁傳感器2時，磁傳感器2發(fā)出準(zhǔn)停信號,，該信號經(jīng)放大后,，由定向電路控制主軸電動機(jī)停在規(guī)定的周向位置上，同時限位開關(guān)發(fā)出信號,，表示準(zhǔn)停已完成,。

 

 

1—無觸點(diǎn)開關(guān) 2—感應(yīng)塊 3—V形槽輪定位盤 

4—定位液壓缸 5—定向滾輪 6—定向活塞

 

 

1—多楔帶輪 2—磁傳感器 

3—永久磁鐵 4—墊片 5—主軸

電氣式主軸準(zhǔn)停的特點(diǎn)是：不需要機(jī)械部件，定向時間短,，可靠性高,，只需要簡單的

強(qiáng)電順序控制，精度和剛度高,。

3. 主軸內(nèi)刀具自動裝卸及吹屑裝置

在加工中心上,，為了實(shí)現(xiàn)刀具在主軸上的自動裝卸，除了要保證刀具在主軸上正確定

位之外,，還必須設(shè)計自動夾緊裝置,。

圖4 為自動換刀精工立式鏜銑床的主軸部件結(jié)構(gòu)圖：刀桿采用7:24的大錐度錐柄，既有利于定心,，也為松夾帶來了方便,。在錐柄的尾端軸頸被拉緊的同時，通過錐柄的定心和摩擦作用將刀桿夾緊于主軸的端部,。在碟形彈簧5的作用下,，拉桿4始終保持約10000N的拉力，并通過拉桿右端的鋼球12將刀桿的尾部軸頸拉緊,。換刀時首先將壓力油通入主軸尾部的液壓缸7左腔,，液壓缸活塞6推動拉桿4向右移動。將刀柄松開,，同時使碟形彈簧5壓緊,。拉桿4的右移使右端的鋼球12位于套筒的喇叭口處，消除了刀桿上的拉力,。當(dāng)拉桿繼續(xù)右移時,，噴氣嘴的端部把刀具頂松，使機(jī)械手可方便地取出刀桿,。機(jī)械手將應(yīng)換刀具裝入后,，電磁換向閥動作使壓力油通入液壓缸右腔,，液壓缸活塞6向左退回原位,，碟形彈簧復(fù)原又將刀桿拉緊。螺旋彈簧11使液壓缸活塞6在液壓缸右腔無壓力時也始終退在最左端，當(dāng)活塞處于左右兩個極限位置時,，相應(yīng)限位行程開關(guān)8,、10發(fā)出松開和夾緊的信號,。 

 

加工中心的主軸部件結(jié)構(gòu)圖 

1—刀架 2—拉釘 3—主軸 4—拉桿 5—碟形彈簧 6—液壓缸活塞8,、10—限位行程開關(guān) 9—壓縮空氣管接頭 11—螺旋彈簧 12—鋼球 7—液壓缸13—端面鍵

自動清除主軸孔內(nèi)的灰塵和切屑也是換刀過程中的一個重要問題。如果主軸錐孔中落入切屑,、灰塵或其他污物,，在拉緊刀桿時，主軸錐孔表面和刀桿的錐柄就會被劃傷,，甚至?xí)沟稐U發(fā)生偏斜,，破壞刀桿的正確定位，影響零件的加工精度,。為了保持主軸錐孔的清潔,，常采用的方法是使用壓縮空氣吹屑。在圖4 中,，當(dāng)主軸部件處于松刀狀態(tài)時,，主軸頂端的液壓缸與拉桿是緊密接觸的，此時,，壓縮空氣通過液壓缸活塞6和拉桿4中間的通孔,，由壓縮空氣管接頭9噴出，以吹掉主軸錐孔上的灰塵,、切屑等污物,，保證主軸孔的清潔。